داستان زمان همیشه با اتم‌های سزیم و لرزش‌های دقیقی که دارن سنجیده میشد. یعنی همین ساعت‌های اتمی قدیمی که الانم وقت رو برا کل دنیا تعیین می‌کنن، دقیق‌ترین بودن. اما الان دنیای فیزیک داره وارد یه مرحله جدید میشه و دانشمندها خودشونم گفتن که وقتشه تعریف ثانیه رو عوض کنیم!
اواخر ماه پیش، یه تیم خیلی بزرگ متشکل از ۶۹ دانشمند از اروپا و ژاپن دست به یه کار فوق‌العاده زد: بزرگ‌ترین آزمایش مقایسه ساعت‌های نوری تو کل تاریخ! این پروژه برا ۴۵ روز ادامه داشت و تو ۶ تا کشور (فنلاند، فرانسه، آلمان، ایتالیا، بریتانیا و ژاپن) برگزار شد و توش ۱۰ تا ساعت نوری با همدیگه شبکه شدن. این کارو با ترکیبی از لینکای فیبر نوری فوق‌پایدار و سیگنال‌های ماهواره‌ای انجام دادن. (ساعت نوری یه جور ساعت اتمیه که با استفاده از لیزر می‌تونه انتقال انرژی دقیق تو اتم‌ها رو اندازه بگیره؛ اگه بخوای خیلی ساده بدونی، تقریباً دقیق‌ترین ساعت دنیان!)
حواست باشه ساعت اتمی فعلی که ثبت جهانی زمان رو انجام میده، بر اساس اتم سزیم کار میکنه و بهش میگن ساعت مایکروویوی. ولی ساعت‌های نوری از لیزر استفاده می‌کنن که باعث میشه انرژی انتقال پیدا کنه و کلی دقیق‌تر باشه. مثلاً اگه بخوای بدونی چقدر دقیقن: ساعت سزیمی فعلی ممکنه تو صد میلیون سال یک ثانیه جابه‌جا بشه. اما بهترین ساعتای نوری الان طوری دقیقن که شاید تو میلیاردها سال حتی یه ثانیه هم جلو یا عقب نرن! یعنی رسماً دیگه خطا ندارن.
نکته جالب دیگه اینه که ساعتای نوری با اتم‌های متفاوت کار می‌کنن (مثلاً یه ساعت با ایترابیوم، یکی با استرانسیوم و…) و برای اینکه بدونیم کدوم واقعا دقیق‌تره و اصلا چقدر قابل اعتمادن باید ساعت‌ها رو رو هم مقایسه کنیم، اونم تو مقیاس جهانی!
تو این پروژه، دانشمندها ۳۸ تا اندازه‌گیری نسبت فرکانسی بین این ساعت‌ها انجام دادن؛ فرکانس یعنی چقدر سریع بر اساس انرژی اتم، ساعت تیک می‌زنه. چهار تا از این مقایسه‌ها تو عمر بشر برای اولین بار انجام شد! همین باعث شد بگن دیگه داره یه شبکه جهانی از ساعتای نوری شکل می‌گیره و می‌تونیم حتی فیزیک بنیادی رو هم باهاش تست کنیم (فیزیک بنیادی یعنی قوانین پایه‌ای دنیا، مثل گرانش یا امکان وجود ماده تاریک).
مارکو پیزوکارو، یکی از محققای ارشد از مؤسسه ملی پژوهش‌های مترولوژیک ایتالیا (مترولوژی یعنی علم اندازه‌گیری دقیق)، میگه: نتایج این آزمایش کلی اطلاعات حیاتی داد که متوجه شیم هنوز باید روش ساعت‌های نوری کار کنیم تا برای زمان‌سنجی بین‌المللی آماده بشن. نکته باحال دیگه اینه که وقتی اینطوری ساعت‌ها رو تو سراسر اروپا به همدیگه وصل می‌کنیم، یه آزمایشگاه توزیع‌شده درست میشه که حتی میشه برای جستجوی ماده تاریک یا آزمایش قوانین اولیه فیزیک ازش استفاده کرد!
تو کل پروژه برای ارتباط بین کشورها از دو روش استفاده شد: یکی سیستم GPS که همون ماهواره‌ایه که الانم ساعت گوشیت باهاش تنظیم میشه. مشکلش اینه که پارازیت می‌گیره، شرایط جوی روش اثر می‌ذاره و ابزارهاش خیلی دقیق نیست. راه دوم، فیبر نوری فوق‌پایدار بود که عملاً دقت اندازه‌گیری رو تا صد برابر بیشتر از روش ماهواره‌ای برد بالا. این فیبرهای خاص رو بین فرانسه، آلمان و ایتالیا کشیدن. حتی تو خود آلمان و بریتانیا که چند تا ساعت تو یه مؤسسه بودن، از فیبر نوری کوتاه استفاده کردن که باز هم عدم قطعیت (یعنی اوج دقت) رو می‌برد بالا.
البته پژوهش اصلاً آسون نبود! کلی برنامه‌ریزی دقیق لازم داشت و تحلیل داده‌هاش باعث شد بعضی از انتظارات دانشمندها برآورده نشه! حتی گاهی نتایج جالب و غیرمنتظره در میومد. راشل گودون، یه دانشمند ارشد از مؤسسه ملی اندازه‌گیری بریتانیا، گفته: «همه نتایج مثل پیش‌بینی‌هامون نبود؛ ولی چون چند تکنولوژی رو با هم به کار بردیم و ساعتای زیادی رو همزمان مقایسه کردیم، دقیقاً مشخص شد ایراد کجاست.»
تو مجموع، این میزان قدرت مقایسه باعث شد دانشمندا بتونن بگن کدوم ساعت‌ها واقعاً قابل اعتمادترن و بالاخره تو تعریف جدید ثانیه باید کدوم ساعت نوری رو ملاک قرار بدیم.
راستی، قراره تا سال ۲۰۳۰ تعریف جدید ثانیه در سیستم بین‌المللی اندازه‌گیری‌ها (SI) بیاد. یعنی بعد از این همه سال، بالاخره میریم سراغ دقیق‌ترین تعریف ممکن برای زمان! مقاله کاملشونم تو مجله علمی Optica منتشر شده که اگه برات جالبه می‌تونی آنلاین پیداش کنی.
در کل، دنیای اندازه‌گیری زمان حسابی داره متحول میشه و این همکاری جهانی نشون داد آینده زمان‌سنجی هم دقیق‌تر میشه و هم احتمالاً کلی چیز جدید از دلش در میاد (چه تو مهندسی، چه حتی فیزیک نظری و کشف رمز و رازهای دنیا!).
منبع: +
